畢業(yè)論文---基于注入法的配電網(wǎng)單相接地故障診斷

1、<p>　　存檔日期： 存檔編號(hào)： </p><p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　論文題目: 基于注入法的配電網(wǎng)單相接地故障診斷 </p><p>　　姓 名: &l

2、t;/p><p>　　院 系： 電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)老師：

3、 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要針對(duì)配電網(wǎng)中單相接地故障定位困難的問(wèn)題對(duì)單相接地故障的電氣特征進(jìn)行了分析，同時(shí)設(shè)計(jì)了從單相接地故障的選相到選線，最后精確定位到故障點(diǎn)的完整的單相接地故障診斷過(guò)程。由于小電流接地系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，所產(chǎn)生的故障信號(hào)本身較弱，容易受到電磁干擾和諧波污染，

4、導(dǎo)致信號(hào)失真，這些都直接影響了選線的選擇性和準(zhǔn)確性，甚至?xí)斐蛇x線裝置的誤動(dòng)。</p><p>　　結(jié)合工作的實(shí)際情況并參考各種裝置的實(shí)際特點(diǎn)，本文采用了比較電壓的變化的方法來(lái)判斷故障相，選用采用注入法信號(hào)的選線和定位方法作為配電網(wǎng)單相接地故障診斷方法，同時(shí)比較了交流注入法和直流注入法的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了一套完整的配電網(wǎng)單相接地故障診斷方法，最后對(duì)直流注入法作了兩步改進(jìn)， 較為成功的解決了配電網(wǎng)單相接地故障選線和定位

5、困難的問(wèn)題。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單相接地故障 故障定位 信號(hào)注入 選相 選線</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article mainly aims at the problem in distribution network one-phase ground fault

6、 location for phase-to-ground fault electrical characteristics analysis, and designs the fault location from phase-to-ground to phase-selection precise positioning to breakdown complete phase-to-ground fault diagnosis pr

7、ocess. Due to the small current grounding system's characteristics, the one-phase ground fault happens, the resulting fault signal itself is weak, the vulnerable to electromagnetic interference </p><p>　

8、　Combined with the actual situation of reference work of all sorts of devices and actual characteristics, this paper adopts the methods of comparative voltage changes which is judged by fault phases injection methods, ch

9、oose the route and positioning method of signal power and single-phase grounding as fault diagnosis solving ways. Compared with the exchange injection method ,including the advantages and disadvantages of dc injection me

10、thod, finally summed up a set of complete power phase-to-grou</p><p>　　Keywords: single-phase-to-earth fault fault location integration location method Location phase-selection fault line detection目

11、 錄</p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1選題的研究意義1</p><p>　　1.2配電網(wǎng)單相接地故障研究現(xiàn)狀1</p>

12、<p>　　1.3本課題主要研究的內(nèi)容2</p><p>　　2 小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障的電氣特征分析3</p><p>　　2.1小電流接地系統(tǒng)3</p><p>　　2.2中性點(diǎn)不接地單相接地故障的電氣特征3</p><p>　　2.3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地單相接地故障電氣特征6</p><p

13、>　　3 單相接地故障的選相9</p><p>　　3.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的選相判斷依據(jù)9</p><p>　　3.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選相判斷依據(jù)11</p><p>　　3.3單相接地故障選相過(guò)程的原理分析12</p><p>　　3.4本章小結(jié)14</p><p>　　4 單相接地故障的選

14、線和定位15</p><p>　　4.1小電流接地系統(tǒng)常用選線和定位方法15</p><p>　　4.2注入法選線和定位原理17</p><p>　　4.3直流注入法選線和定位23</p><p>　　4.4改進(jìn)后的直流注入法選線定位的原理總結(jié)29</p><p>　　4.5本章小結(jié)30</p>

15、<p><b>　　5 結(jié)論31</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1選題的研究意義</

16、p><p>　　在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，單相接地故障率最高，約占配電網(wǎng)故障的80%以上。我國(guó)的配電網(wǎng)多為小電流接地系統(tǒng)，由于在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)不形成短路回路，只在系統(tǒng)中產(chǎn)生很小的零序電流，三相線電壓依然對(duì)稱，不影響系統(tǒng)正常工作，所以我國(guó)的電力規(guī)程規(guī)定，小電流接地系統(tǒng)可帶單相接地故障繼續(xù)運(yùn)行1-2小時(shí)[1,2]。這樣能夠提高供電的持續(xù)性和可靠性，這是小電流接地系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)。但隨著饋線的增多，電容電流也在增大

17、，長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行就易使故障擴(kuò)大為相間短路或兩點(diǎn)及多點(diǎn)接地故障?；」饨拥剡€會(huì)引起全系統(tǒng)過(guò)電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運(yùn)行，所以必須及時(shí)找到故障線路予以切除或者找到故障點(diǎn)進(jìn)行維修。但是由于單相接地故障產(chǎn)生的故障電流很小等諸多原因，單相接地故障選線定位問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的解決?，F(xiàn)有的小電流接地保護(hù)不能從根本上解決小電流接地的選線問(wèn)題，這與電力系統(tǒng)提高供電可靠性的要求與呼聲背道而馳。因此，進(jìn)一步研究小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的診斷方法具

18、有很好的理論和實(shí)際意義。</p><p>　　1.2配電網(wǎng)單相接地故障研究現(xiàn)狀</p><p>　　配電網(wǎng)單相接地選線和定位是個(gè)世界性的難題，在上世紀(jì)80年代到90年代初配電網(wǎng)還是以架空線路為主。研制的單相接地選線裝置，基本上是采用穩(wěn)態(tài)分量法即零序電流比幅法[3]和電容電流比幅比相法[3]，單相接地選線的準(zhǔn)確性還是很高的。但是隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，城鄉(xiāng)電網(wǎng)的改造，電纜線路不斷增加，接地電容電流

19、也增加很多，這樣就需要在變電站安裝消弧線圈[3]。由于消弧線圈的補(bǔ)償作用在接地線路上電容電流和電感電流抵消，所以采用態(tài)分量法即零序電流比幅法[4]和電容電流比幅比相法[4]的選線裝置就不能正確選擇接地線路了。而后針對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)又出現(xiàn)了暫態(tài)零序電流檢測(cè)方法和五次諧波法，但是暫態(tài)過(guò)程非常短暫檢測(cè)裝置易出現(xiàn)誤動(dòng)作，而五次諧波法也因信號(hào)微弱和負(fù)荷諧波的影響而出現(xiàn)誤判斷。</p><p>　　近年來(lái)，小電流

20、接地系統(tǒng)相線對(duì)接地故障檢測(cè)取得了很大成就，但到目前為止，研究的重點(diǎn)主要是集中在選線技術(shù)，在小電流接地系統(tǒng)的故障點(diǎn)定位方面，國(guó)內(nèi)外雖然有一些研究，也提出了一些理論方法，但實(shí)用定位的方法其實(shí)并不多。人工巡線仍然是目前配電網(wǎng)故障定位最常用的方法，這就導(dǎo)致了故障持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)和人力資源的浪費(fèi)，增加了無(wú)謂的損失故障，降低了供電可靠性。隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，一些故障段定位和隔離法的出現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已成功地應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，但是由于配電自動(dòng)化

21、系統(tǒng)是在運(yùn)用中國(guó)并不廣泛，目前在注入方法的基礎(chǔ)上逐步對(duì)地故障定位方法改進(jìn)是比較實(shí)用和有效的方法之一。傳統(tǒng)的注入法能夠較為準(zhǔn)確的定位，但在自動(dòng)化程度，容錯(cuò)和設(shè)備性能等方面，仍有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步改善。</p><p>　　1.3本課題主要研究的內(nèi)容</p><p>　　本文就上述的難題做了以下工作：</p><p>　?。?）對(duì)單相接地故障的電氣特征作了分析，總結(jié)了中

22、性點(diǎn)不同接地方式的特點(diǎn)，為故障診斷提供理論依據(jù)。</p><p>　　（2）通過(guò)故障后電壓的變化提出判斷故障相的依據(jù)，并總結(jié)了完整的選相過(guò)程。</p><p>　　（3）分析了常用單相接地故障的選線方法的缺點(diǎn)和注入法的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?。?）詳細(xì)分析了傳統(tǒng)注入法的選線定位原理，將交流注入法和直流注入法進(jìn)行了比較，改進(jìn)了直流注入選線定位法，并在理論上作了分析

23、和實(shí)驗(yàn)計(jì)算。</p><p>　　2 小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障的電氣特征分析</p><p>　　2.1小電流接地系統(tǒng)</p><p>　　我國(guó)的配電網(wǎng)采用小電流接地系統(tǒng)，小電流接地系統(tǒng)即中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，它包括中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)(也稱諧振接地系統(tǒng))和經(jīng)高阻接地系統(tǒng)[5,6,7]。由于歷史原因和具體條件不同，各個(gè)國(guó)家的電網(wǎng)中性點(diǎn)處理方式不盡

24、相同，甚至在同一國(guó)家、同一地區(qū)的同一電壓也有不同接地方式并存現(xiàn)象。在我國(guó)3-66kV中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，所以本文重點(diǎn)分析小電流接地系統(tǒng)中的中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地故障特征。</p><p>　　2.2中性點(diǎn)不接地單相接地故障的電氣特征</p><p>　　為分析方便，假設(shè)A相發(fā)生金屬性接地短路，忽略負(fù)荷電流和電容電流在線路上產(chǎn)生的

25、電壓降。如圖2-1所示，各線路上電流方向已標(biāo)注。</p><p>　　圖2-1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障電氣原理圖</p><p>　　由以上原理圖可知系統(tǒng)各參量變化如下：</p><p><b>　?。?）電壓</b></p><p>　　系統(tǒng)A相對(duì)地電壓為： </p><p><

26、;b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　B相對(duì)地電壓為：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　C相對(duì)地電壓為：</b></p><p><b>　?。?-3）</b><

27、;/p><p>　　故障點(diǎn)的零序電壓為：</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p><b>　?。?）電流</b></p><p>　　①非故障線路的各相電流和三倍零序電流</p><p><b>　　A相的電流為： </b></

28、p><p><b>　　（2-5）</b></p><p><b>　　B相的電流為：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　C相的電流為：</b></p><p><b>　?。?/p>

29、2-7）</b></p><p><b>　　有效值為： </b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　所以三倍的零序電流為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　?、趯?duì)于變壓器T

30、上，首先有它本身的B相和C相的對(duì)地電容電流的電源，因此，從A相中要流回故障點(diǎn)的全部電容電流，而在B相和C相流出各線路上同名相的對(duì)地電容電流。此時(shí)從變壓器出線端所反應(yīng)的零序電流仍然為三相電流之和。由圖2-1可見(jiàn)，各線路的電容電流由于從A相流入后又分別從B相和C相流出了，因此相加后相互抵消，而只剩下變壓器本身的電容電流，故有效值為,即零序電流為變壓器本身的電容電流。</p><p>　?、蹖?duì)于故障線路各相電流和三倍零

31、序電流</p><p><b>　　故障相電流：</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　其有效值：</b></p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b

32、>　　非故障相電流：</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　三倍的零序電流：</b></p><p><b>　　（2-14）</b><

33、;/p><p><b>　　其效值：</b></p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　?。?）功率</b></p><p>　　非故障線路的復(fù)功率為：</p><p><b>　?。?-16）</b>

34、</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　同理有故障線路：</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　根據(jù)以上分析可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論[8,9]：</p><p>　?。?）零序網(wǎng)絡(luò)

35、由同級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對(duì)地的等值電容構(gòu)成通路，與中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)有接地的中性點(diǎn)構(gòu)成通路有極大的不同，網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗很大。</p><p>　?。?）發(fā)生單相接地時(shí)，相當(dāng)于在故障點(diǎn)產(chǎn)生了一個(gè)其值與故障相故障前相電壓大小相等，方向相反的零序電流，從而全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。</p><p>　?。?）在非故障元件中流過(guò)的零序電流，其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容電流；電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向由母線流向

36、線路。</p><p>　?。?）在故障元件中流過(guò)的零序電流，其數(shù)值為全系統(tǒng)非工作元件對(duì)地電容電流之總和；電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線。</p><p>　　2.3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地單相接地故障電氣特征</p><p>　　圖2-2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障電氣原理圖</p><p>　　在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單

37、相接地故障時(shí)，如圖2-2所示，若接地點(diǎn)流過(guò)的全系統(tǒng)對(duì)地電容電流，若此電流過(guò)大，會(huì)使故障擴(kuò)大。為防止上述情況發(fā)生，常在中性點(diǎn)接入消弧線圈。各級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)全系統(tǒng)的電容電流超過(guò)下列數(shù)值時(shí)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈：3-6kV電網(wǎng)為30A，10kV電網(wǎng)為20A，22-66kV電網(wǎng)為10A[10]。</p><p>　　如圖2-2所示的電網(wǎng)中，電源的三相電動(dòng)勢(shì)相等。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，不計(jì)電源內(nèi)部的電壓降和線路上的電壓降，電源每相電動(dòng)勢(shì)

38、的有效值等于電網(wǎng)正常工作時(shí)的相電壓，電源兩相電動(dòng)勢(shì)之差等于電網(wǎng)的線電壓，變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。</p><p>　　假設(shè)線路2的A相發(fā)生金屬性接地故障，各線路電壓變化以及非故障線路電容電流的分布與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的情況相同。由于中性點(diǎn)接地方式不同，此時(shí)故障點(diǎn)的接地電流由原來(lái)的電容電流變?yōu)橛上【€圈產(chǎn)生的電感電流補(bǔ)償后的殘流，但仍具有零序性質(zhì)。所以線路2的基波零序電流為：</p><p&g

39、t;<b>　?。?-19）</b></p><p>　　式中為消弧線圈的補(bǔ)償電流，而此時(shí)從接地點(diǎn)流回的總電流為:</p><p><b>　　（2-20）</b></p><p>　　式中為全系統(tǒng)的對(duì)地電容電流。</p><p>　　由于和相位相差180。，幾將隨消弧線圈的補(bǔ)償程度而變化，因此，故

40、障線路零序電流的大小和方向也隨之改變。根據(jù)對(duì)電容電流補(bǔ)償程度的不同，即補(bǔ)償度P的大小(這里P定義為:)，可分為以下三種不同的補(bǔ)償方式:</p><p><b>　?。?）全補(bǔ)償</b></p><p>　　全補(bǔ)償時(shí)P=0即的補(bǔ)償方式，它雖可使接地點(diǎn)的電流為零，但卻有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，因?yàn)榇藭r(shí)剛好有式子成立，這正是工頻串聯(lián)諧振的條件。但是如果三相的對(duì)地電容不相等或斷路器三相非

41、同期合閘時(shí)，出現(xiàn)的零序電壓在串聯(lián)諧振回路中產(chǎn)生很大的電流，此電流在消弧線圈上會(huì)產(chǎn)生很大的壓降，使電源中性點(diǎn)的電壓大大升高，造成設(shè)備的絕緣損壞，因而不宜采用這種補(bǔ)償方式。</p><p><b>　?。?）欠補(bǔ)償</b></p><p>　　欠補(bǔ)償就是P<0即的補(bǔ)償方式。采用這種補(bǔ)償方式時(shí)，補(bǔ)償后的接地點(diǎn)電流是容性的。它的缺點(diǎn)在于系統(tǒng)運(yùn)行方式改變時(shí)，例如某些線路因

42、檢修或跳閘退出運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的電容電流會(huì)減少，以至有可能成為完全補(bǔ)償而出現(xiàn)危險(xiǎn)的諧振過(guò)電壓。因此，這種補(bǔ)償方式也很少采用。</p><p><b>　　（3）過(guò)補(bǔ)償</b></p><p>　　過(guò)補(bǔ)償就是P>0即的補(bǔ)償方式。它沒(méi)有發(fā)生上述過(guò)電壓的危險(xiǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用，一般選擇過(guò)補(bǔ)償度值為P=5-10%。采用過(guò)補(bǔ)償以后，通過(guò)故障線路保護(hù)安裝處的電流為補(bǔ)償以后的

43、感性電流，它與零序電壓的相位關(guān)系和非故障線路電容電流與零序電壓的相位關(guān)系相同，數(shù)值大小也和非故障線路的容性電流相差無(wú)幾，因此不接地系統(tǒng)中常用的零序電流選線原理和零序功率方向選線原理顯然已不能采用。</p><p>　　總結(jié)以上分析中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的結(jié)果，可以得出如下結(jié)論:</p><p>　?。?）故障相的對(duì)地電壓為零，非故障相的對(duì)地電壓為系統(tǒng)的線電壓。</

44、p><p>　?。?）全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，其大小為系統(tǒng)正常工作時(shí)的相電壓。</p><p>　?。?）欠補(bǔ)償時(shí)，接地故障處的電流超前零序電壓90o。過(guò)補(bǔ)償時(shí)，滯后零序電壓90o，小于未補(bǔ)償時(shí)的值。</p><p>　?。?）非故障線路零序電流超前于零序電壓90o，其大小等于該線路的對(duì)地電容電流。故障線路零序電流的大小等于系統(tǒng)所有非故障線路總對(duì)地電容電流與消弧線圈的補(bǔ)償電

45、流的和，其相位隨補(bǔ)償度而異，欠補(bǔ)償時(shí)滯后于零序電壓90o,過(guò)補(bǔ)償時(shí)超前零序電壓90o[10]。</p><p>　　（5）故障線路始端的零序功率的有功分量和無(wú)功分量均小于零；非故障線路始端的零序功率的有功分量大于零，無(wú)功分量小于零。</p><p>　　3 單相接地故障的選相</p><p>　　當(dāng)A相發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，由以上分析可知，A相的電壓為0，非故障相B

46、相和C相的電壓會(huì)上升為原來(lái)的倍。但是系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)接地點(diǎn)有過(guò)渡電阻的存在，下面就分析經(jīng)過(guò)渡電阻接地的情況時(shí)，在不同的中性點(diǎn)接地方式系統(tǒng)中是怎樣由電壓的變化來(lái)進(jìn)行故障相的判斷的。</p><p>　　3.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的選相判斷依據(jù)</p><p>　　圖3-1為中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)系統(tǒng)原理示意圖,其中C為一相對(duì)地電容。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),三相電壓為、、對(duì)稱,三相電流也基本平衡其和為零

47、。當(dāng)A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí),忽略線路自身阻抗,并假設(shè)各相對(duì)地電容相等如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地原理圖</p><p>　　此時(shí)各相對(duì)地導(dǎo)納為:</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b><

48、/p><p>　　由于系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地,發(fā)生接地后系統(tǒng)中性點(diǎn)將發(fā)生偏移，偏移電壓為, 可由以下公式計(jì)算：</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　計(jì)算出偏移電壓表達(dá)式為:</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　故障后,A、

49、B、C三相對(duì)地電壓將發(fā)生變化,相對(duì)地電壓分別為:</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后中性點(diǎn)發(fā)生偏移,此時(shí)將系統(tǒng)進(jìn)行等效變化,其等效電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地等效圖</p><p>　　當(dāng)發(fā)生單相接地故障后,

50、系統(tǒng)各相對(duì)地電壓將不再對(duì)稱,在系統(tǒng)運(yùn)行方式確定后,各相對(duì)地電容也就確定了,此時(shí)中性點(diǎn)偏移電壓即中性點(diǎn)對(duì)地電壓將是過(guò)渡電阻單值函數(shù),過(guò)渡電阻變化,中性點(diǎn)的偏移量也會(huì)隨之變化,由式3-4可以算出d點(diǎn)的軌跡是以的幅值為直徑的右半圓，其相量圖如圖3-3所示，當(dāng)=0時(shí)即為金屬性接地,此時(shí)中性點(diǎn)對(duì)地電壓變?yōu)楣收舷鄬?duì)地電壓；為無(wú)窮大時(shí)，三相電壓仍然對(duì)稱，為正常運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)相量圖分析還能知道,對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),故障相的超前相

51、對(duì)地電壓最高,滯后對(duì)地電壓相次之,故障相對(duì)地電壓最低，因此通過(guò)對(duì)各相電壓的幅值大小進(jìn)行比較便可判斷出短路相[11]。</p><p>　　圖3-3 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí)電壓變化相量圖</p><p>　　3.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的選相判斷依據(jù)</p><p>　　圖3-4 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地原理圖</p>

52、<p>　　對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),如圖3-4所示,當(dāng)A相發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻接地故障時(shí),根據(jù)電路理論可得出中性點(diǎn)偏移的電壓有下列公式計(jì)算:</p><p><b>　　（3-6）</b></p><p><b>　　化簡(jiǎn)后：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></

53、p><p>　　其中:L為消弧線圈的電感。</p><p>　　如果,此時(shí)系統(tǒng)為欠補(bǔ)償,如果電網(wǎng)的運(yùn)行方式變化出現(xiàn)完全補(bǔ)償時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)變化會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生諧振，通常情況下補(bǔ)償電網(wǎng)采用過(guò)補(bǔ)償方式運(yùn)行,即[11]。可以做出電網(wǎng)三相對(duì)地電壓的相量圖,如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí)電壓變化相量圖</p>

54、<p>　　由圖3-5知,對(duì)于過(guò)補(bǔ)償電網(wǎng)發(fā)生單相故障后可以算出d點(diǎn)的軌跡是以的幅值為直徑的左半圓。三相對(duì)地電壓的幅值滿足:</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　此時(shí)和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)相反,B相對(duì)地電壓最高,這時(shí)可以判斷對(duì)地電壓最高的超前相即為接地故障相。但是,對(duì)于欠補(bǔ)償方式運(yùn)行的電網(wǎng)來(lái)說(shuō),故障相的判斷和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的判斷

55、方法相似，和過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行方式的電網(wǎng)相反[11]。</p><p>　　綜上所述，對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和采用全補(bǔ)償方式運(yùn)行的電網(wǎng)判斷故障相的方法相同，測(cè)試三相電壓后比較大小，電壓最大相的滯后相為故障相。例如：=9.6KV,=5.7KV,=4.5KV，此時(shí)的接地相不是電壓最低相C相，而是B相。對(duì)于中性點(diǎn)采用過(guò)補(bǔ)償方式運(yùn)行的電網(wǎng)，選相的判斷方法與上述兩種方式的判定方法相反，測(cè)試三相電壓后比較大小，電壓最大相的超前相為故障

56、相。例如：=5.6KV, =9.7KV, =5.5KV,此時(shí)的故障相是A相。</p><p>　　3.3單相接地故障選相過(guò)程的原理分析</p><p>　　第二章的分析表明，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)全系統(tǒng)的零序電壓會(huì)升高，所以可以通過(guò)檢測(cè)零序電壓的變化來(lái)判斷是否發(fā)生了單相接地故障，然后發(fā)出選相的信號(hào)。為了取得零序電壓，通常采用如圖3-6所示的接線方式，采用三個(gè)單相式電壓互感器，將其一次繞組接成

57、星形并將中性點(diǎn)接地，其二次繞組接成開(kāi)口三角形，這樣從m、n端子得到的輸出電壓為。</p><p>　　圖3-6 3倍零序電壓測(cè)量方法原理圖</p><p>　　完整的選相過(guò)程的原理圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 單相接地故障選相過(guò)程原理圖</p><p>　　三繞組電壓互感器的一組接成Yn形感應(yīng)母線電壓，另外兩組一組接成開(kāi)口

58、三角形用于測(cè)量3倍零序電壓，另一組接成Y形用于測(cè)量各相電壓大小。當(dāng)某條線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，母線上是零序電壓將發(fā)生變化，當(dāng)3U0大于整定值USET時(shí)設(shè)備發(fā)出選相信號(hào)，測(cè)量設(shè)備測(cè)出各相電壓并比較其幅值的大小，然后由判斷裝置判斷出故障相并發(fā)出信號(hào)。</p><p><b>　　3.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要分別分析了在中性點(diǎn)不接地方式系統(tǒng)中和中性點(diǎn)

59、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障后的電壓變化情況，并根據(jù)電壓的變化給出判斷依據(jù)判斷出故障相，然后總結(jié)了單相接地故障選相過(guò)程的原理。</p><p>　　4 單相接地故障選線和定位</p><p>　　當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，系統(tǒng)的電壓電流都會(huì)發(fā)生很大變化，常用的一些選線方法一般為測(cè)量系統(tǒng)中電壓或電流的變化來(lái)判斷故障線路的，而本文采用了一種更為精確的選線方法——注入法，注入法不受配電網(wǎng)中

60、性點(diǎn)接線方式的影響，而且可以完成選線和定位兩步故障檢測(cè)工作。本章節(jié)對(duì)常用的選線方法作了簡(jiǎn)單敘述并對(duì)注入選線法的原理作了詳細(xì)介紹，然后在定位方法上做了理論上的改進(jìn)。</p><p>　　4.1小電流接地系統(tǒng)常用選線和定位方法</p><p>　?。?）零序電流檢測(cè)法</p><p>　　采用零序電流檢測(cè)法檢測(cè)單相接地故障的選線裝置和故障指示器，其檢測(cè)原理是基于：對(duì)于中

61、性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，非接地線路的零序電流等于該線路三相的對(duì)地電容電流的向量和，方向是從母線流向線路。而接地線路的零序電流等于所有非故障線路零序電流的向量和，方向是從線路流向母線。</p><p>　　由上述分析，在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，接地選線裝置和單相接地故障指示器是利用零序電流的方向和幅值的變化是可以檢測(cè)到故障線路的。但零序電流法也存在如下問(wèn)題影響其選擇性和準(zhǔn)確性：</p>

62、<p>　?、僭诓捎脵z測(cè)零序電流的變化進(jìn)行單相接地判斷的選線裝置和單相接地故障指示裝置時(shí)，需要使用零序互感器或零序電流濾波器來(lái)采樣零序電流的變化，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不方便，不能廣泛的應(yīng)用于10kV架空線路[12，13]。單相接地選線裝置僅能用于中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)中變電站、10kV開(kāi)關(guān)站（開(kāi)閉所）以及電纜分接箱的單相接地選線，在線檢測(cè)線路零序電流，不能安裝在架空線路上指示的單相接地故障[12]。</p><

63、p>　?、谝话懔阈螂娏骰ジ衅骶鹊汀．?dāng)互感器的原邊零序電流在5A以下時(shí)，許多廠家生產(chǎn)的零序電流互感器，帶上規(guī)定的二次負(fù)荷后，變比的誤差就會(huì)達(dá)到10％以上，角誤差達(dá)20'以上，當(dāng)一次零序電流小于1A時(shí)二次側(cè)基本上無(wú)電流輸出，這樣就無(wú)法保證接地檢測(cè)的準(zhǔn)確度[12]。</p><p>　?、酃こ虒?shí)際中使用的零序過(guò)濾器大多為三相保護(hù)用電流互感器的組合，即用三相保護(hù)電流合成零序電流，眾所周知零序?yàn)V序器本身固有

64、的不平衡輸出使其準(zhǔn)確性較低，而且一般保護(hù)用電流互感器額定一次電流值多在幾百安以上，在接地電容電流小于10A的小電流接地系統(tǒng)使用零序?yàn)V序器，單相電容電流僅為保護(hù)用互感器一次額定電流的0.6％，互感器綜合誤差根本無(wú)法保證[13]。</p><p>　?、艿陔娋W(wǎng)最小運(yùn)行方式下，只有當(dāng)故障點(diǎn)的總電容電流達(dá)到最長(zhǎng)線路電容電流的幾倍是才能保證接地選線裝置和接地故障指示器的選擇性。</p><p>　

65、?。?）零序電流無(wú)功功率方向法[14，15]</p><p>　　它的判別依據(jù)是非故障線路的零序電流無(wú)功分量超前于零序電壓90°，而非故障線路的零序電流無(wú)功分量滯后于零序電壓90°。但是這種方法受接地過(guò)渡電阻的影響比較大，在發(fā)生金屬性短路時(shí)，零序電壓最大；在接地電阻為無(wú)窮大時(shí)，零序電壓為0。所以在接地電阻較大時(shí)，檢測(cè)零序電壓就很困難。而且這種方法不適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，因?yàn)樵谶^(guò)補(bǔ)

66、償和欠補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式時(shí)，零序電流無(wú)功分量方向是相反的[12]。</p><p>　?。?） 五次諧波選線法[14，15，16]</p><p>　　在經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，基波零序電流幾乎被消弧線圈的電感電流抵消；而消弧線圈的設(shè)計(jì)是針對(duì)基波的，相比較基波的情況，消弧線圈在五次諧波下感抗為基波下的五倍，可以近似認(rèn)為消弧線圈對(duì)五次諧波電流來(lái)說(shuō)是開(kāi)路的，通過(guò)消弧線圈的電感電流減小到五分之一；而

67、在五次諧波下線路的容抗減小到五分之一，五次諧波容性電流就增大到五倍。在發(fā)生單相接地時(shí)五次諧波電流在各線路上的分布情況和基波零序電流是相同的，除了基波零序分量以外，諧振接地系統(tǒng)中五次諧波電流最大，是非故障線路的總和，可以采用五次諧波電流大小、方向或功率方向來(lái)找出故障線路。</p><p>　　五次諧波電流的產(chǎn)生的原因是由于電源電動(dòng)勢(shì)中存在高次諧波分量：變壓器、電壓互感器等設(shè)備鐵芯非線性的影響, 也必然造成電網(wǎng)中包含

68、一系列高次諧波分量,其中以為五次諧波分量為主；負(fù)荷的非線性也會(huì)產(chǎn)生五次諧波分量。五次諧波電流的大小隨著運(yùn)行方式的變化而變化，而且故障電流中5次諧波含量較?。ㄐ∮诠收想娏鞯?0%），再加上受CT不平衡電流和過(guò)度電阻的影響，使得保護(hù)裝置難于整定；而且，有些用戶含有大量諧波分量，如用戶的電弧爐、整流設(shè)備等諧波源，在故障時(shí)故障線路和非故障線路都向系統(tǒng)送出諧波電流，故障線路和非故障線路的五次諧波方向有可能是相同的，這樣故障線路中5次諧波電流不一定

69、總是最大,相位關(guān)系也不一定成立，就無(wú)法區(qū)分出非故障線路和故障線路了。而且單相接地故障線路的五次諧波零序電流在線路較少或線路較短時(shí)較小，其方向也難判別。此外,由于有的系統(tǒng)中5次諧波本身含量很小,加之CT、PT對(duì)5次諧波造成的附加相移,往往就會(huì)造成判斷不準(zhǔn)[17，18]。</p><p>　　（4）行波法[19]</p><p>　　行波法是利用線路上行波的傳輸特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行故障定位的方法。行波法

70、進(jìn)行故障定位可分為單端行波測(cè)距和雙端行波測(cè)距：?jiǎn)味诵胁y(cè)距是分析母線處檢測(cè)到的行波信號(hào)，判斷出來(lái)自故障點(diǎn)的反射波，通過(guò)測(cè)量反射波在故障點(diǎn)和母線之間往返一次所需要的時(shí)間，計(jì)算故障點(diǎn)與母線之間的距離。信號(hào)有不同的產(chǎn)生方式：故障瞬間可能會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)行波信號(hào)；人工在故障線路中注入脈沖信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生的行波信號(hào)。雙端行波測(cè)距法是在線路的兩端同時(shí)檢測(cè)故障產(chǎn)生的行波信號(hào)，根據(jù)故障波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差來(lái)確定故障位置[19]。</p><

71、p>　　4.2注入法選線和定位原理</p><p>　　傳統(tǒng)注入法又稱S注入法，由山東大學(xué)提出并研究的（注入的是交流電流信號(hào)），通過(guò)PT二次側(cè)向線路注入某一頻率的交流電流信號(hào)，由于信號(hào)只在故障線路流通，延線路查找此信號(hào)就可達(dá)到選線和定位的目的。這是一種將單相接地選線與故障點(diǎn)的定位結(jié)合起來(lái)的方法，而且它不受中性點(diǎn)接線方式的影響，相對(duì)于其他的選線方法注入法精確度最高，所以本文選用注入法作為單相接地故障診斷的方法

72、。根據(jù)注入信號(hào)的性質(zhì)可將注入法分為交流注入法和直流注入法，兩種注入法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，但因線路的分布電容的影響，交流信號(hào)的誤差一般比直流的要大，本節(jié)將交流注入法和直流注入法作了比較，選用了直流注入法作為選線的方法并作了改進(jìn)，下面就交流注入法和直流注入法的原理、選線誤差進(jìn)行分析，最后將改進(jìn)措施作了詳細(xì)分析。</p><p>　　4.2.1交流注入選線法原理</p><p>　　交流信號(hào)注入法

73、的基本思想：當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，首先將故障線路從電網(wǎng)中斷開(kāi)，此時(shí)線路處于離線狀態(tài)，再?gòu)氖锥讼蚬收舷嘧⑷胩囟l率的交流電流信號(hào)。理想情況下，接地電阻近似為零，該信號(hào)僅在線路首端、故障路徑和故障點(diǎn)之間形成的回路流動(dòng)，非故障分支和故障點(diǎn)后的線路上沒(méi)有交流信號(hào)，通過(guò)對(duì)該信號(hào)的檢測(cè)即可判斷故障位置。</p><p>　　圖4-1 交流注入選線法原理圖</p><p>　　如圖4-1所示配電線路，線

74、路有多個(gè)分支，F(xiàn)點(diǎn)發(fā)生單相金屬性接地故障。在線路首端A點(diǎn)向故障相注入特定頻率的交流電流信號(hào)，則該信號(hào)通過(guò)A-B-F，然后從大地返回，其他分支沒(méi)有電流通過(guò)，通過(guò)檢測(cè)分支處以及支路上的交流信號(hào)，就可確定故障位置[18，19]。具體如下：</p><p>　?。?）確定故障分支：在圖4-1中，在分支節(jié)點(diǎn)處分別檢測(cè)各分支方向上的交流電流大小，如在B點(diǎn)處分別檢測(cè)BC分支和BE分支；由于BC分支為非故障分支，故該分支方向的檢

75、測(cè)結(jié)果為零或很小。故障點(diǎn)在BC分支方向上，由于是金屬性接地故障，注入的交流信號(hào)基本都經(jīng)故障點(diǎn)流入大地，故BC分支方向的交流電流很大。通過(guò)比較分支點(diǎn)處各分支方向上交流電流的大小，便可確定故障分支。</p><p>　?。?）確定故障點(diǎn)：沿BC支路連續(xù)檢測(cè)線路上電流信號(hào)，故障點(diǎn)前的電流很大，故障點(diǎn)后電流很小或幾乎沒(méi)有，故電流信號(hào)發(fā)生突然變化的點(diǎn)即為故障點(diǎn)。</p><p>　　4.2.2交流注

76、入法的誤差分析</p><p>　　鑒于線路電感和線路電阻很小對(duì)注入信號(hào)的分流并無(wú)太大影響，簡(jiǎn)化時(shí)可以將其忽略[20，21]；而分布電容對(duì)注入信號(hào)產(chǎn)生了相當(dāng)大的分流作用，應(yīng)予保留。據(jù)此對(duì)線路進(jìn)行如下簡(jiǎn)化：只畫出單相線路，去掉分布電感，把故障點(diǎn)前、后的分布電容分別用集中電容來(lái)代替，與接地電阻構(gòu)成并聯(lián)電路,得出適用于注入交流信號(hào)時(shí)穩(wěn)態(tài)電路分析的線路集總參數(shù)模型，如圖4-2(a)為等效后的線路結(jié)構(gòu)圖。</p>

77、;<p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p><b>　　(c)</b></p><p>　　圖4-2 交流注入法等效線路圖</p><p>　　若線路上發(fā)生經(jīng)電阻接地故障，流過(guò)接地電阻的電流會(huì)在電阻上產(chǎn)生一定的

78、壓降，由于線路壓降的存在，會(huì)在線路上產(chǎn)生電容電流，線路的電容電流會(huì)確定故障分支和故障點(diǎn)造成一定的影響[22]。下面從定故障分支和定故障點(diǎn)兩方面，來(lái)分析線路分布電容和接地電阻對(duì)交流信號(hào)注入法定位可靠性的綜合影響。</p><p>　　（1）對(duì)確定故障分支的影響</p><p>　　設(shè)線路總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，單位對(duì)地電容為，AB方向線路總長(zhǎng)度為，BC方向線路總長(zhǎng)度為,BE方向線路總長(zhǎng)度為,在F點(diǎn)發(fā)生故

79、障，接地電阻為，假設(shè)線路首端注入的總電流為1。</p><p>　　將線路再次進(jìn)行等效，AB支路等效為電容，BC支路等效為電容和電阻Rg的并聯(lián)，BE支路等效為電容，所有線路總的等效電容為，上面線路等效為一個(gè)電阻和三個(gè)電容的并聯(lián)電路，AB支路、BC支路、BE支路的導(dǎo)納分別為、和等效后電路如圖4-2(b)所示。</p><p>　　BC方向的電容電流:</p><p>

80、<b>　　（4-1）</b></p><p>　　BC方向的電阻電流:</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　BC方向的總電流:</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><

81、p>　　BE方向的電容電流：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　分支處兩邊的電流模值比：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　通過(guò)以上分析可以得出如下結(jié)論：</p><p>　　①若故障發(fā)生在長(zhǎng)分支上，即

82、，則，可以很容易判別出故障路徑。</p><p>　?、谌簦瑒t故障發(fā)生在短分支上，當(dāng)非故障分支較長(zhǎng)、接地電阻較大時(shí)，值較小，的值可能小于1或者略大于1，很難判別出故障分支。</p><p>　　③確定分支的可靠范圍與注入信號(hào)的頻率成反比，當(dāng)注入信號(hào)頻率增大時(shí)，會(huì)隨著的減小而相應(yīng)減小，增加了判斷分支的困難程度。</p><p>　?。?）對(duì)確定故障點(diǎn)的影響</p

83、><p>　　設(shè)線路總長(zhǎng)度為L(zhǎng)公里，單位對(duì)地電容，故障點(diǎn)前的線路長(zhǎng)度為，故障點(diǎn)后線路長(zhǎng)為公里。F點(diǎn)發(fā)生故障，接地電阻為R，為方便計(jì)算，設(shè)線路首端注入總電流為單位1。</p><p>　　等效后的線路如圖4-3所示，故障點(diǎn)前線路的等效電容為，故障點(diǎn)后線路的等效電容為,故障點(diǎn)后線路的等效電容為：</p><p><b>　　接地電阻R的電流:</b>&

84、lt;/p><p><b>　　（4-6）</b></p><p>　　故障點(diǎn)后的電容電流:</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　總的電容電流</b></p><p><b>　?。?-8）</b>

85、;</p><p>　　故障點(diǎn)前后電流模值比</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　通過(guò)以上分析可以得出如下結(jié)論：</p><p>　?、俣ㄎ豢煽啃耘c所注入信號(hào)的頻率成反比，同等條件下，信號(hào)頻率越小，定位可靠性越高。</p><p>　?、诙ㄎ豢煽啃允芙拥仉娮璐笮〉挠?/p>

86、響為：當(dāng)接地電阻較小時(shí)，定位可靠性較高；當(dāng)接地電阻較大時(shí)，定位可靠性降低。</p><p>　?、鄱ㄎ豢煽啃耘c故障點(diǎn)后的線路長(zhǎng)度有關(guān)。故障點(diǎn)前線路長(zhǎng)度越長(zhǎng)，定位可靠性越高；反之定位可靠性越低。</p><p>　　4.2.3交流注入法選線原理總結(jié)</p><p>　　圖4-3 交流注入法選線過(guò)程原理圖</p><p>　　選線裝置一般和選相裝

87、置配備在一起，都接在變電站里，并利用了選相裝置的電壓互感器從二次側(cè)注入信號(hào)，選相完成后跳開(kāi)變壓器故障相的斷路器，此時(shí)注入信號(hào)，同時(shí)還要發(fā)出閉鎖信號(hào)將選相的測(cè)量裝置屏蔽。如圖4-3所示，在實(shí)際工程應(yīng)用上檢測(cè)裝置一般由人員手持到個(gè)線路分支點(diǎn)檢測(cè)，也可以在分支點(diǎn)的各線路的三相上都裝設(shè)檢測(cè)裝置，感應(yīng)到電流后并通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳回調(diào)度室，如圖4-3所示在F點(diǎn)發(fā)生單相短路，感應(yīng)器應(yīng)檢測(cè)到在A-B-C-D方向上有較大注入的信號(hào)電流，而在其他分支和DI、D

88、J分支上沒(méi)有檢測(cè)到注入信號(hào)，將檢測(cè)結(jié)果發(fā)回調(diào)度室經(jīng)分析判斷故障點(diǎn)在CD段。</p><p>　　4.2.4試驗(yàn)分析交流注入法選線的有效性和誤差</p><p>　　配電網(wǎng)單相接地故障類型很多，有金屬性接地、斷線搭地、樹枝搭線，還有經(jīng)電桿擊穿等。不同類型的接地故障，其接地電阻差異很大，如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 不同類型故障的過(guò)渡電阻阻值</

89、p><p>　　由上節(jié)的分析可知接地電阻越大對(duì)故障定位的影響越大，所以本文著重分析經(jīng)高阻接地短路時(shí)的情況。</p><p>　　為了驗(yàn)證交流信號(hào)注入法的有效性和誤差，進(jìn)行了下面的實(shí)驗(yàn)。 </p><p>　　圖4-4 某10KV電網(wǎng)的分支等效線路圖</p><p>　　實(shí)驗(yàn)1:如圖4-4所示的某10 KV電網(wǎng)的分支線路圖，該線路有兩個(gè)分支，AB長(zhǎng)

90、10km，BC長(zhǎng)20km，BD長(zhǎng)10km在F點(diǎn)發(fā)生單相接地故障，BF長(zhǎng)15km.通過(guò)交流信號(hào)注入法來(lái)確定故障位置，注入交流電流100mA，60Hz。線路參數(shù)=4.17μΩ/km，。經(jīng)不同過(guò)渡電阻接地時(shí)在A、B、C三處檢測(cè)各分支方向的電流幅值見(jiàn)表4-2。</p><p>　　表4-2 不同過(guò)渡電阻接地時(shí)各方向上電流幅值/mA</p><p>　　從表4-2的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)發(fā)生小電阻接地故障

91、時(shí)，非故障和故障分支線路信號(hào)電流的差別比較明顯，采用交流信號(hào)注入法可以實(shí)現(xiàn)有效選擇出故障分支線路。但是當(dāng)單相接地故障的接地過(guò)渡電阻逐漸增大時(shí)，故障分支的信號(hào)電流將逐漸減小，當(dāng)非故障分支線路較長(zhǎng)時(shí)或分支點(diǎn)的分支線路很多時(shí)，等效的線路的分布電容值就會(huì)很大，此時(shí)的分流現(xiàn)象就會(huì)很明顯，甚至?xí)霈F(xiàn)非故障分支線路的信號(hào)電流大于故障分支線路的情況，此時(shí)交流注入法將會(huì)出現(xiàn)誤判斷。</p><p>　　4.3直流注入法選線定位&l

92、t;/p><p>　　在接地電阻較小時(shí)，絕大部分交流電流都流入了故障點(diǎn)，線路分布電容的分流很小，交流信號(hào)注入法可以取得很好的定位效果。但隨著接地電阻的增大，線路上的分布電容對(duì)交流信號(hào)的分流作用增強(qiáng)，交流信號(hào)注入法的可靠性逐漸降低。若為絕緣子或電力桿塔擊穿故障，離線狀態(tài)下的接地過(guò)渡電阻可達(dá)到幾十kΩ，此時(shí)交流信號(hào)注入法已無(wú)法有效定位。為了克服線路分布電容和接地電阻的影響，本文選用直流信號(hào)注入法作為單相接地故障診斷的方法

93、。直流信號(hào)對(duì)電容相當(dāng)于開(kāi)路，完全不受線路分布電容的影響，而且接地電阻的大小對(duì)線路的電容分流沒(méi)有影響，直流電流仍只存在注入點(diǎn)到接地點(diǎn)的唯一通路，可以解決大電阻接地問(wèn)題。對(duì)直流注入法的誤差影響最大的就是變壓器三相之間串通的問(wèn)題，針對(duì)配電變壓器三相之間的串通問(wèn)題，提出了改進(jìn)的直流信號(hào)注入法，保證了該方法定位的可靠性[23]。</p><p>　　4.3.1直流注入選線法原理</p><p>　　

94、該方法的主要思路是，首先向故障相線路首端注入直流電流，然后通過(guò)檢測(cè)分支節(jié)點(diǎn)處各個(gè)分支的直流電流大小確定故障路徑,直到最終定位故障點(diǎn)。對(duì)于直流電路來(lái)講，配電線的電感、電容都不起作用，線間電導(dǎo)非常小，也可以忽略不計(jì)，因此解決接地電阻和線路分布電容的影響，此外該方法還具有以下優(yōu)點(diǎn)[18，19，20]:</p><p>　?。?）直流電流信號(hào)在中途沒(méi)有衰減，并且故障路徑和非故障路徑信號(hào)差別非常明顯，為準(zhǔn)確判別故障區(qū)段提供

95、了條件。</p><p>　?。?）可以解決分支眾多和長(zhǎng)短分支的問(wèn)題。交流信號(hào)注入法由于線路長(zhǎng)度導(dǎo)致分布電容電流較大，信號(hào)電流分流到了非故障相，影響了定位的可靠性。但對(duì)于直流信號(hào)注入法而言，非故障分支和故障點(diǎn)下游相當(dāng)于開(kāi)路，所檢測(cè)到的直流信號(hào)幾乎為零。</p><p>　?。?）線路分布電容對(duì)于直流信號(hào)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于開(kāi)路，所以線路的分布電容不影響定位效果，所以線路的長(zhǎng)度對(duì)定位的精確度沒(méi)有影響。

96、</p><p>　?。?）不受故障點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響。當(dāng)故障點(diǎn)過(guò)渡電阻較大時(shí)，接地電流在接地點(diǎn)產(chǎn)生很高的電壓，若注入交流信號(hào)，這個(gè)高電壓在線路上將產(chǎn)生對(duì)地電容電流，導(dǎo)致注入信號(hào)的分流。由于注入的是直流信號(hào)，線路分布電容對(duì)直流相當(dāng)于開(kāi)路，故接地點(diǎn)的直流電壓不會(huì)通過(guò)電容分流，克服了過(guò)渡電阻的影響。通過(guò)調(diào)整電源輸出電壓的大小保證直流電流信號(hào)為100mA，進(jìn)而保證直流信號(hào)注入法定位的可靠性。</p><

97、;p>　?。?）架空線路中有一段電纜或者多個(gè)電纜都不影響直流信號(hào)注入法的定位效果。對(duì)直流電流來(lái)說(shuō)架空線路和電纜線路都只考慮電阻大小。</p><p>　?。?）無(wú)功補(bǔ)償電容對(duì)直流信號(hào)相當(dāng)于開(kāi)路，也不影響定位效果。</p><p>　　4.3.2直流注入法的誤差分析</p><p>　　直流信號(hào)注入法雖然不受線路分布電容和接地電阻的影響，但該方法在使用過(guò)程中出現(xiàn)

98、電流在A、B、C三相之間通過(guò)配電變壓器串通問(wèn)題，與交流信號(hào)注入法只在故障相有電流流通不同。原因在于變壓器在交流條件下是個(gè)大電抗，交流信號(hào)電流不能在三相之間串通，而在直流條件下是個(gè)小電阻，直流注入信號(hào)在三相之間很容易相互串通[20]，造成非故障分支、故障點(diǎn)之后也可能檢測(cè)到直流信號(hào)。如圖4-5(a)所示線路，為配電變壓器，在F點(diǎn)發(fā)生A相單相接地故障。</p><p><b>　　(a)</b>&

99、lt;/p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖4-5 直流注入法變壓器串通原理圖</p><p>　　直流電流信號(hào)從A點(diǎn)的故障相注入，在B點(diǎn)向BC、BD分支分流，簡(jiǎn)化原理圖如圖4-5（b）分流可由下列公式計(jì)算， </p><p><b>　?。?-10）</b></p>

100、;<p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中：表示BD單相線路的電阻；表示B點(diǎn)到短路點(diǎn)單相線路的電阻；表示C點(diǎn)到短路點(diǎn)單相線路的電阻；表示短路點(diǎn)的過(guò)渡電阻；表示注入

101、的總電流。</p><p>　　由上述公式可知，線路的支路電阻和接地的過(guò)渡電阻對(duì)電流的分流情況均有影響，由于配電網(wǎng)分支線路通常會(huì)很多，支路的電阻關(guān)系應(yīng)為并聯(lián)，因此線路的電阻可能會(huì)比過(guò)渡電阻小，此時(shí)過(guò)渡電阻的影響較為明顯[20]。所以本節(jié)只分析過(guò)渡電阻對(duì)單相接地故障判斷的影響，并由以下實(shí)驗(yàn)說(shuō)明過(guò)渡電阻的變化對(duì)對(duì)分流大小的具體影響。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)2：如圖4-5（a）某10KV線路的

102、一段支路，AB長(zhǎng)為10km,BD和BC長(zhǎng)都為6km，故障點(diǎn)在BC線路上，距B點(diǎn)2km，線路參數(shù)1.38Ω/km。在發(fā)生不同過(guò)渡電阻接地故障后，在首段A點(diǎn)注入大小為100mA的直流電流，測(cè)量分支電流值，由于配電變壓器的存在，導(dǎo)致部分直流電流在非故障相中流通。如圖4-5（a）標(biāo)注，在分支BC、BD方向測(cè)量線路上的故障相直流電流大小，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4-3。</p><p>　　表4-3 配電線路支路直流電流測(cè)量值/mA&

103、lt;/p><p>　　由上表可知，隨著過(guò)渡電阻的增加非故障相的分流影響越明顯，當(dāng)過(guò)渡電阻的阻值較高時(shí)，線路的電阻可以忽略，各支路的電流大小將有可能近似相等。此時(shí)就無(wú)法判斷出故障支路。</p><p>　　4.3.3直流注入法的改進(jìn)</p><p>　　仍是上節(jié)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，測(cè)量過(guò)渡電阻為20kΩ左右的支路各相和故障點(diǎn)前后的直流電流大小,其中負(fù)號(hào)表示反向，如表4-4所示，

104、</p><p>　　表4-4 配電線路直流電流測(cè)量值/mA</p><p>　　改進(jìn)1：由表4-4知，只測(cè)量分支線路的故障相電流大小時(shí)，由于分流的作用較為明顯，很可能出現(xiàn)誤判。但是如果將各分支線路的三相直流電流相加，就會(huì)出現(xiàn)明顯差別，故障線路的三相電流之和基本上等于注入電流的大小，而非故障線路的三相電流之和基本為零。此方法也適用于多分支是線路，不管有多少線路分流，非故障線路的三相直流電流

105、之和都近似為零。因此，改進(jìn)方法為：在各分支點(diǎn)處安裝測(cè)量線路各方向三相信號(hào)電流之和的裝置，但不需要精確測(cè)量電流大小，只要判斷出是否有明顯的信號(hào)電流流過(guò)即可，判斷出故障支路后通過(guò)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　改進(jìn)2：表4-3顯示出在故障線的故障相上，故障點(diǎn)前后的直流電流的變化是很大的，傳統(tǒng)的方法是當(dāng)選相和選線完成后，將故障范圍縮小到了某一分支線路，接下來(lái)由維修人員在故障分支上查找故障點(diǎn)，在線路各點(diǎn)測(cè)量注入信號(hào)，

106、當(dāng)出現(xiàn)某一點(diǎn)前后檢測(cè)信號(hào)突變時(shí)，該點(diǎn)就為故障點(diǎn)。但是當(dāng)故障支路很長(zhǎng)時(shí)，人工查找的還是方法很緩慢，在排查的過(guò)程中單相故障可能會(huì)擴(kuò)大為兩相或相間短路，所以還是要通過(guò)對(duì)注入信號(hào)的分析判斷出故障點(diǎn)的精確位置，然后再由維修人員去故障點(diǎn)排查故障。</p><p>　　本文在理論上提出了一種直流注入法和阻抗法結(jié)合的一種精確定位方法，可稱為雙端注入法。其原理如下：</p><p>　　由以上的單端直流注入

107、法可以準(zhǔn)確的定位到故障支路區(qū)段，之后采用雙端注入法來(lái)判斷出故障點(diǎn)的位置。如在圖4-5(a)中確定短路發(fā)生在BC支路上，為了精確定位，我們把C點(diǎn)的故障相也斷開(kāi)，這樣故障相線路就完全脫離了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，等效為圖4-6(a) </p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>　

108、　圖4-6 直流雙端注入法原理圖</p><p>　　確定故障點(diǎn)的位置實(shí)質(zhì)就是計(jì)算出從注入點(diǎn)到接地點(diǎn)的線路長(zhǎng)度，由于接地的過(guò)渡電阻不確定，所以只從一端注入信號(hào)并測(cè)量電壓電流不能確定兩個(gè)未知量，而采用雙端注入法的實(shí)質(zhì)就是增加了一組方程，所以能解出各未知量的大小。雙端注入法原理如圖4-6（b）所示，計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-14）</b></

109、p><p><b>　　（4-15）</b></p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　式中：、為A點(diǎn)注入直流電壓和電流，、為C點(diǎn)注入直流電壓和電流。</p><p>　　在實(shí)際工程測(cè)量中，A點(diǎn)為變電站很容易裝備注入和檢測(cè)設(shè)備，C點(diǎn)為用戶端的變壓器，要由維修人員去人工注入和測(cè)

110、量。公式中和是已知的，可以由線路的長(zhǎng)度和參數(shù)可求得。于是可以求出公式中的未知量、、，在由線路的參數(shù)可算出故障點(diǎn)的位置。</p><p>　　4.4改進(jìn)后的直流注入法選線定位的原理總結(jié)</p><p>　　圖4-7 改進(jìn)直流注入法選線定位原理圖</p><p>　　假設(shè)單相短路故障出現(xiàn)在線路三的某一條支路上，選相裝置判斷出短路相后，斷開(kāi)變壓器出線短路相的斷路器，然后從

111、母線向短路相注入直流電流信號(hào)。如圖在線路的各分支處，裝設(shè)了直流信號(hào)感應(yīng)裝置，此裝備不必精確測(cè)量直流電流信號(hào)大小，只是將三相線路中的直流信號(hào)相加，然后和設(shè)定的閥值比較，當(dāng)三相直流電流信號(hào)之和大于閥值時(shí)發(fā)出信號(hào)給調(diào)度室。例如上圖，當(dāng)注入信號(hào)為100mA時(shí)，設(shè)定閥值為80mA。1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)線路表是變電站連接母線上的出線，其它支路表示3號(hào)出線上的子網(wǎng)支路，此時(shí)發(fā)出信號(hào)的裝置有：3號(hào)支路，AB支路，BC支路，CD支路。由收集到的信號(hào)調(diào)度很容易

112、就判斷出故障點(diǎn)在C和D點(diǎn)之間。</p><p>　　然后，根據(jù)雙端注入理論在支路的兩端再次注入信號(hào)同時(shí)測(cè)量斷點(diǎn)注入信號(hào)電流電壓大小便可確定故障點(diǎn)，可選擇在DI支路的變壓器的高壓側(cè)向故障相注入信號(hào)并測(cè)量信號(hào)的電壓電流大小，最后將數(shù)據(jù)傳送給調(diào)度，利用式4-14，式4-15和式4-16計(jì)算出故障點(diǎn)位置。</p><p>　　改進(jìn)直流注入法采用各個(gè)分支線路都裝設(shè)直流信號(hào)感應(yīng)裝置，不需測(cè)量各分支線路

113、上信號(hào)精確值，不需維修人員到各分支點(diǎn)去檢測(cè)信號(hào)電流大小，只需到線路端點(diǎn)注入和檢測(cè)信號(hào)，大大節(jié)省了排查故障線路的時(shí)間，而且在定位方面理論上不存在誤差，只有測(cè)量誤差，大大提高了故障定位的精確度。</p><p><b>　　4.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對(duì)交流和直流注入法原理進(jìn)行了分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了誤差。選用直流注入法作為選線定位的方法，在理論上進(jìn)行